EP0337290A2 - Kollektor für einen Elektromotor sowie Armierungsring zu diesem - Google Patents

Kollektor für einen Elektromotor sowie Armierungsring zu diesem Download PDF

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EP0337290A2
EP0337290A2 EP89106040A EP89106040A EP0337290A2 EP 0337290 A2 EP0337290 A2 EP 0337290A2 EP 89106040 A EP89106040 A EP 89106040A EP 89106040 A EP89106040 A EP 89106040A EP 0337290 A2 EP0337290 A2 EP 0337290A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
reinforcement according
reinforcement
anchoring
ring
collector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89106040A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP0337290A3 (de
Inventor
Friedrich W. Nettelhoff
Helmut Lahrmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Friedrich Nettelhoff Spezialfabrik fur Kleinkollektoren KG
Original Assignee
Friedrich Nettelhoff Spezialfabrik fur Kleinkollektoren KG
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Publication date
Priority claimed from DE19883812585 external-priority patent/DE3812585A1/de
Application filed by Friedrich Nettelhoff Spezialfabrik fur Kleinkollektoren KG filed Critical Friedrich Nettelhoff Spezialfabrik fur Kleinkollektoren KG
Publication of EP0337290A2 publication Critical patent/EP0337290A2/de
Publication of EP0337290A3 publication Critical patent/EP0337290A3/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/14—Fastenings of commutators or slip-rings to shafts

Definitions

  • the invention relates to a collector for an electric motor according to the preamble of claim 1 and a reinforcement according to the preamble of claim 2.
  • Electric collector motors are used in everyday use to a very large and still growing extent and are subject to strong price pressure as mass articles. Nevertheless, the requirements for such electric motors in terms of the desired performance, the thermal and mechanical load capacity are very high. The robustness of the collectors is particularly important for these load capacities and the service life of the motors.
  • collectors for higher requirements In addition to collectors for a low to medium power and load range, the slats of which are held only by an insulating plastic casting compound, there are collectors for higher requirements with special, stronger reinforcement rings.
  • metallic reinforcement rings that are insulated from the copper lamellae by means of mica inserts.
  • glass rovings as reinforcement rings, in which, however, it is complex and cumbersome to bring the reinforcement ring into its predetermined position and to hold it in this position when the collector is potted. Accordingly, collectors for higher requirements are more expensive because of the special manufacturing outlay again the production series reduced and therefore the unit costs increased again.
  • the object of the invention is to provide a collector or a reinforcement system in which a significantly reduced workload and simplified handling in production are to be provided for high mechanical and thermal strength.
  • this object is achieved by a collector according to the preamble of claim 1 based on the characterizing features of claim 1. Furthermore, the task is solved by a reinforcement ring according to the preamble of claim 2 by the characterizing features of claim 2.
  • the reinforcement ring according to the invention has a firm, precise shape which enables a suitable, positive and non-positive contact between the reinforcement ring and lamella.
  • the reinforcement ring does not come into play only through an intermediate layer of sealing compound, rather it is in direct contact. This already suppresses deformations, cracks or loosening movements, which, once they occur, exacerbate the harmful stress effects.
  • the closed inner ring with anchoring projections to the outside can also be designed regardless of the cross-section available for undercuts. It is therefore not necessary to dimension the reinforcement ring in consideration of a dovetail shape or the like undercut.
  • the armoring ring is still able to absorb special loads in motor production, for example if the motor winding is connected to the collector by hot stacking, with temperatures of up to 600 ° C occurring.
  • pressing the collector onto an armature shaft represents a special load, which can be easily absorbed by a reinforcement ring.
  • the decisive advantages of this construction are in the fact that the shape of the reinforcement ring makes it possible to introduce them into the free interior of the previously arranged copper lamellae and thereby to hook them up.
  • the complete set of copper lamellas and the reinforcement ring can be connected to one another in a positive and non-positive manner.
  • the subsequent pressing or casting then also serves to fix the parts which are connected to one another in a load-bearing manner.
  • the reinforcement rings can be completed to form reinforcements in which the rings are connected with bushings, so that already during assembly, the collector lamellae not only to one another, but also to an already prefabricated inner surface of the Are adjusted. Subsequent pressing operations only provide fixation and backfilling of the collector. However, the socket already provides the press-on surfaces for subsequent press mounting of the collector on a motor shaft.
  • a reinforcement ring generally designated 1
  • Its shape is largely determined by the shape of copper lamellae 2 of a collector to be created herewith, which has an inner web 3 on the underside as an anchoring web, in which a dovetail-shaped recess 4 with oblique undercut surfaces 5 is worked out (see FIG. 4).
  • the reinforcement ring 1 has an inner circumferential support ring 6, the cylindrical outer wall 7 of which runs inside the inner webs 3.
  • the reinforcement ring 1 only projects with extensions 8 into the area of the inner webs 3.
  • the anchoring extensions 8 are arranged in the circumferential direction with a uniform division grid 9 on the support ring 6 and have a rectangular profile in the front view according to FIG. 1, which is chosen such that it is set to a gap between the inner webs 3 of the collector.
  • FIG. 2 In the cross-sectional profile of the reinforcement ring 1 according to FIG. 2 it can be seen that such an extension 8 has a dovetail shape which fits into the recess of the web 3. It goes without saying that other forms of closure are possible.
  • the reinforcement ring engages with each of its extensions 8 in an inner web and creates a resilient, non-positive connection via the dovetail shape.
  • such a ring can be inserted into the copper fins after they have been arranged in a ring in a suitable device.
  • the reinforcement ring 1 is first pushed in from the front in the axial direction of the collector, the anchoring extensions being in a gap with the inner webs 3.
  • the extensions 8 then come into engagement with the dovetail recesses 4 and create the desired anchoring.
  • the reinforcement ring 1 shows the reinforcement ring 1 with its anchoring extensions 8 as it is arranged on an assembly tool 10 suitable for insertion, here an octagonal key.
  • the reinforcement ring 1 has a poligon profile (octagonal profile) as the inner surface 11.
  • a poligon profile octagonal profile
  • a single reinforcement ring is shown.
  • the slats are then supported several times over the length, usually two or three times.
  • the reinforcement rings and the copper lamellae are formed into a one-piece unit, in which not only is it not possible that the extensions of the reinforcement ring move back out of the lamellae, but also in which gaps remaining during insertion are filled to ensure a uniform transmission of the loads from outside to inside.
  • FIG. 5 shows a lamella 11 with an inner web 12 which (at least) contains a predominantly circular extension 13.
  • a matching reinforcement ring 14 is in Fig. 6 and 7 (Fig. 6 is a section along line VI-VI in Fig. 7) equipped with extensions 15 which differ from the extensions 8 of the reinforcement ring 1 in that they are in adaptation have a circular arc contour at the recess 13.
  • This reinforcement ring is also designed so that it can be inserted axially into the interior with sufficient play, in order then to engage the inner webs by rotating it by less than one pitch.
  • the lamella can be a tube collector lamella, but can also be obtained from an extruded strand or a strip.
  • the - collector lamella has an inside longitudinal web 18. These webs are cut from the end to the inside and bent inwards by a mechanical punching tool, so that spinous processes 19 result for anchoring. Only after pressing is the circumferential copper body cut into individual fins.
  • a reinforcement ring 20 shown in FIGS. 9 and 10 is formed from an internal, continuous support ring 21 and anchoring projections 22 attached to it on the outside in the form of claws with anchoring cavities 23 pointing in the axial direction.
  • Such a reinforcement ring is slipped over the spinous processes 19 in the axial direction and, due to the inclined surfaces on both sides, comes into play-free contact. If this system is secured by subsequent casting or pressing, the reinforcement ring is able to support the slats 16 in a particularly robust manner against axial, radial and tangential forces.
  • FIG. 11 again shows a collector lamella corresponding to FIG. 8 and also provided with the same reference numerals.
  • Another reinforcing ring is provided for this type of lamella according to FIGS. 12 and 13 (FIG. 12 shows a section along line XII-XII in FIG. 13).
  • anchoring extensions 24 are formed as pairs of claws 25, 26 on an inner support ring 27. These carry anchoring cavities 28 on the side surfaces facing one another, which are adapted to the contour of the spinous processes 19.
  • the assignment of the slats is finally fixed.
  • FIG. 14 again shows a collector lamella which, irrespective of minor deviations, basically corresponds to the lamella according to FIGS. 8 and 11 and is accordingly also identified by corresponding reference numerals.
  • the spinous process 19 points downwards, which makes it clear that this is about reinforcing the collector on the opposite side.
  • a reinforcing ring 29 with claws 30 and anchoring cavities 31 is designed to match the anchoring ring 20 according to FIGS. 9 and 10.
  • it carries spacing projections 32 projecting in the axial direction in the form of cylindrical pins attached to an inner support ring 33.
  • the reinforcement ring 29 is set up from the bottom of the respective assembly and casting mold, so that the spinous processes 19 abut in the anchoring cavity 31 and a positive and non-positive connection is achieved. It goes without saying that the cylindrical shape can be replaced by other suitable designs.
  • FIG. 17 shows part of a collector 34 with individual lamellae 35, which have inner webs 36 profiled on the underside with a thickened head part 37.
  • a reinforcement ring 38 is positively adapted to the axial profile of the copper lamellae by receiving the inner webs 36 with their head part 37 in a positive and non-positive manner. So that the reinforcement ring 38 can perform the reinforcement functions intended for it, on the inside it has a continuous ring region 39, from which extensions 40 are directed outwards, which engage flush behind the inner lamellae and form a bridge from lamella to lamella for adjustment and pressure transmission.
  • a part of a collector 41 is shown with individual lamellae 42, which have profiled inner webs 43 on the underside with a thickened head part 44.
  • the inner webs 43 are undercut from the ends, so that only the head part protrudes continuously in the axial direction.
  • a reinforcing ring 45 has an inner continuous ring area 46 which is connected via an outer ring area 47 via radial webs 48, so that only openings are left free through which the cut-off head part 44 of the slats 42 reaches through. The slats are thus fixed in the radial and tangential directions.
  • the head parts 44 can be bent at ends 49 projecting beyond the reinforcement ring, which is possible, for example, in one operation with a caulking tool that engages in the assembled collector from the end.
  • the reinforcement rings have to absorb a high mechanical load, so that the material must have good strength.
  • they should not create any electrically conductive connections between the slats, so they have to consist of insulating material, at least in some areas.
  • plastic materials are primarily considered, in particular glass-fiber-wrapped or resin-insulated rings, and also rings with a high proportion of glass fibers. It goes without saying that other high-strength fibers can also be used. There is also the option of using vortex sintered rings.
  • the reinforcement rings described can be prefabricated mechanically and thus inexpensively and anchored extremely easily and quickly with the collector slats. This makes it possible to manufacture collectors of high strength in such a complex manner that these reinforcing rings can even be economically provided for medium loads. This creates a universal collector with the advantage of mass production, which does not have to be specified differently from the outset according to load limits.
  • 21 to 26 reinforcements are shown, which not only ensure a fixed assignment of the collector lamellae to one another via an external reinforcement ring, but also simultaneously provide an internal socket in a precise concentric arrangement, with which the collector is centered and with an exact pressing dimension a motor shaft is to be applied.
  • 21 and 22 show a reinforcement, designated as a whole by 50, which on the outside comprises a reinforcement ring 51 with anchoring lugs 52.
  • the reinforcement ring 51 is connected via spokes 53 to a bushing 54 which extends axially on both sides of the radial plane formed by the spokes 53.
  • collector lamellae Via the reinforcement ring 51, collector lamellae can be held in a central axial area, so that they have a precise position. If the ring area between the collector lamellae and the bush 54 is pressed with insulating material, a collector is obtained with a central cylindrical cavity which is delimited by a cylindrical inner surface 55 of the bush 54. The radial dimension of this cavity can be precisely specified by means of a series production with sprayable plastic, whereby the material can also be matched to the desired firm but crack-free fit. Post-processing of a potted collector by machining operations is therefore unnecessary.
  • a reinforcement 56 according to FIGS. 23 and 24 differs from the previously considered reinforcement essentially in that two reinforcement rings 57, 58 which are axially spaced apart are held by a bushing 59 for better support of the collector lamellae, this bushing being of split design and wherein each socket part 60, 61 carries one of the reinforcement rings 57, 58 via spokes 62, 63. In the sense of a good coaxial alignment, the two socket parts 60, 61 are to be plugged into one another in the manner of a sleeve 64.
  • FIGS. 25 and 26 which comprises an inner bushing 66 and two reinforcement rings 67 and 68
  • the bushing 66 remains undivided, while the reinforcing rings are to be attached individually.
  • the reinforcement rings are connected via spokes 69, 70 to inner rings 71, 72, which are pushed axially onto the bush 66 in a tight fit until they rest against one of two ring shoulders 73, 74 on the bush.
  • the collector After assembling the collector lamellae, the collector is filled in the same direction by molding compound or potting compound, in which the reinforcing rings 67, 68 were attached, so that the inner rings 71, 72 received a firm contact against the ring shoulders 73, 74.
  • An insulating material is again provided for the material of the bushings, which material encloses the latter as an insulating sleeve when a collector is pressed onto a motor shaft and thus meets the safety requirements for double insulation.
  • a thermoplastic is preferably provided as the material, which can be controlled very well in its elastic properties and in particular also in its shrinking properties.
  • a reinforcement by fibers such as glass, mineral or carbon fibers leads to considerably increased strength values, whereby short-fiber reinforcements are particularly suitable for the spraying process and provide strength increases independent of direction.

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  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Abstract

Ein Kollektor für einen Elektromotor sowie ein Armierungsring hierzu wird in der Weise erstellt, daß der Armierungsring einen inneren Tragring und nach außen gerichtete Fortsätze aufweist, mit der eine Verankerung zu den Kollektorlamellen erstellt wird. Ein solcher Armierungsring ist leicht zu montieren und schafft eine hohe Belastbarkeit. Er läßt sich weiterhin zu einer Armierung vervollständigen, die auch eine innere Buchse umfaßt. Eine solche innere Buchse schafft bei Ausführung aus Isoliermaterial eine doppelte Isolierung und erlaubt es, einen präzisen Preßsitz für das Aufpressen auf eine Motorwelle vorzugeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kollektor für einen Elektromotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Armierung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
  • Elektrische Kollektormotoren werden im alltäglichen Gebrauch in einem sehr großen und auch noch wachsendem Umfang eingesetzt und unterliegen als Massenartikel einem starken Preisdruck. Gleichwohl sind die Anforderungen an solche Elektromotoren hinsichtlich der gewünschten Leistungen, der thermischen und mechanischen Belastbarkeit sehr hoch. Für diese Belastbarkeiten und die Lebensdauer der Motoren ist insbesondere die Robustheit der Kollektoren ausschlaggebend.
  • Neben Kollektoren für einen niederen bis mittleren Leistungs- und Beanspruchungsbereich, deren Lamellen lediglich durch eine isolierende Kunststoff-Vergußmasse gehalten ist, finden sich Kollektoren für höhere Anforderungen mit besonderen, festeren Armierungsringen. In dieser Hinsicht gibt es metallische Armie­rungsringe, die gegenüber den Kupferlamellen durch Glimmerein­lagen aufwendig isoliert sind. Ferner gibt es Glasrowings als Armierungsringe, bei denen es sich allerdings aufwendig und umständlich darstellt, den Armierungsring in seine vorgegebene Lage zu bringen und in dieser beim Verguß des Kollektors zu halten. Dementsprechend sind Kollektoren für höhere Anforderun­gen von dem besonderen Herstellungsaufwand her teurer, was wiederum die Fertigungsserien verkleinert und von daher auch wieder die Stückkosten erhöht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kollektor bzw. ein Armie­rungssystem zu schaffen, bei dem für eine hohe mechanische und thermische Festigkeit ein wesentlich verringerter Arbeits­aufwand und eine vereinfachte Handhabung in der Fertigung vorzu­sehen ist.
  • Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe von einem Kollektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgehend durch die kenn­zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weiterhin wird die Aufgabe von einem Armierungsring nach dem Oberbegriff des Anspruch 2 ausgehend durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruch 2 gelöst.
  • Gegenüber dem vorbekannten Armierungsring aus Glasrowings be­sitzt der erfindungsgemäße Armierungsring eine feste, präzise Form, die eine passende, form- und kraftschlüssige Anlage zwi­schen Armierungsring und Lamelle ermöglicht. Bei kritischer thermischer und/oder mechanischer Beanspruchung kommt der Armie­rungsring nicht erst über eine Zwischenschicht von Vergußmasse zum Tragen, vielmehr liegt er direkt an. Damit werden bereits Verformungen, Risse oder Lockerungsbewegungen unterdrückt, die, einmal aufgetreten, die schädlichen Belastungswirkungen noch verstärken. Der geschlossene innere Ring mit Verankerungs­fortsätzen nach außen kann auch ohne Rücksicht auf den bei Hinterschneidungen verfügbaren Querschnitt ausgelegt werden. Es ist somit nicht nötig, den Armierungsring mit Rücksicht auf eine Schwalbenschwanzausformung oder dgl. Hinterschneidung zu dimensionieren. Der Armierungsring ist aber weiterhin in der Lage, besondere Belastungen in der Motorfertigung aufzufan­gen, wenn etwa die Wicklung des Motors durch Hotstaking an den Kollektor angeschlossen wird, wobei Temperaturen bis über 600° auftreten. Gleichfalls stellt das Aufpressen des Kollektors auf eine Ankerwelle eine besondere Belastung dar, die aber durch einen Armierungsring gut aufzufangen ist.
  • Die entscheidenden Vorteile dieser Konstruktion liegen aber darin, daß die Form des Armierungsrings es ermöglicht, diese in den freien Innenraum der vorher arrangierten Kupferlamellen einzubringen und dabei mit diesen zu verhaken. Der komplette Satz von Kupferlamellen und der Armierungsring können in einem Zuge miteinander form- und kraftschlüssig verbunden werden. Das nachfolgende Verpressen bzw. Vergießen dient dann noch zur Fixierung der miteinander belastbar verbundenen Teile.
  • Mit besonderen Vorteilen für die Serienfertigung und für die Qualität des hergestellten Kollektors lassen sich die Armie­rungsringe zu Armierungen vervollständigen, bei denen die Ringe mit Buchsen verbunden werden, so daß bereits mit der Montage die Kollektorlamellen nicht nur zueinander, sondern auch bezüg­lich einer bereits vorgefertigten Innenfläche der Buchse ju­stiert sind. Nachfolgende Preßvorgänge liefern lediglich eine Fixierung und ein Verfüllen des Kollektors. Die Buchse stellt aber schon die Aufpreßflächen für eine nachfolgende Preßmontage des Kollektors auf einer Motorwelle bereit.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
    • Fig. 1 Teilansicht eines Armierungsrings,
    • Fig. 2 Schnitt nach Linie II-II in Fig. 1,
    • Fig. 3 Schrägansicht des Armierungsringes nach Fig. 1 und 2, auf einem Montageschlüssel angeordnet,
    • Fig. 4 schnittbildliche Ansicht des Armierungsrings wie in Fig. 2, bei Eingriff in eine Lamelle,
    • Fig. 5,6 u. 7 eine andere Lamellenform bzw. ein zu dieser passen­der Armierungsring,
    • Fig. 8,9 u. 10 Konvektorring mit Innenlamellen, Querschnitt und Stirnansicht eines dritten Armierungsringes,
    • Fig. 11, 12 u.13 Kollektorring entsprechend Fig. 8 sowie Querschnitt bzw. Stirnansicht eines vierten Armierungsringes,
    • Fig. 14,15 u.16 Kollektorring, Querschnitt und Stirnansicht eines fünften Armierungsringes,
    • Fig. 17 axiale Teilansicht eines Kollektors vor dem Verpre­sen,
    • Fig. 18 Schnitt nach Linie XVIII-XVIII in Fig. 17
    • Fig. 19 Teilquerschnitt durch einen Kollektor,
    • Fig. 20 Schnitt nach Linie XX-XX in Fig. 19
    • Fig. 21 eine Armierung in Stirnansicht (teilweise),
    • Fig. 22 Schnitt nach Linie XXII-XXII in Fig. 21,
    • Fig. 23 Stirnansicht einer weiteren Armierung (Teilansicht),
    • Fig. 24 Schnitt nach Linie XXIV-XXIV in Fig. 23,
    • Fig. 25 Stirnansicht einer weiteren Armierung und
    • Fig. 26 Schnitt nach Linie XXVI-XXVI in Fig. 25
  • In den Fig. 1 bis 4 ist ein insgesamt mit 1 bezeichneter Armie­rungsring in verschiedenen Ansichten bzw. Teilansichten darge­stellt. Seine Form wird weitgehend durch die Form von Kupferla­mellen 2 eines hiermit zu erstellenden Kollektors bestimmt, welche unterseitig ein Innensteg 3 als Verankerungssteg trägt, in der eine schwalbenschwanzförmige Ausnehmung 4 mit schrägen Hinterschneidungsflächen 5 ausgearbeitet ist (vgl. Fig. 4).
  • Der Armierungsring 1 weist einen innenliegenden umlaufenden Tragring 6 auf, dessen zylindrische Außenwand 7 innerhalb der Innenstege 3 verläuft. Der Armierungsring 1 ragt nur mit Fort­sätzen 8 in den Bereich der Innenstege 3 hinein. Die Veranke­rungsfortsätze 8 sind in Umfangsrichtung mit gleichförmigem Teilungsraster 9 auf dem Tragring 6 angeordnet und haben in der Stirnansicht gemäß Fig. 1 ein Rechteckprofil, welches so gewählt ist, daß es, auf Lücke gesetzt, zwischen die Innenstege 3 des Kollektors paßt. Im Querschnittsprofil des Armierungs­ringes 1 gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein solcher Fortsatz 8 eine in die Ausnehmung des Stegs 3 passende Schwalbenschwanz­form besitzt. Es versteht sich, daß andere Verschlußformen möglich sind. Im montierten Kollektor greift der Armierungsring mit jedem seiner Fortsätze 8 in einen Innensteg ein und schafft eine belastbare, kraftschlüssige Verbindung über die Schwalben­schwanzform.
  • Zur Montage kann ein solcher Ring in die Kupferlamellen einge­setzt werden, nachdem diese zuvor in einer geeigneten Vorrich­tung kranzförmig angeordnet sind. Der Armierungsring 1 wird zunächst in Achsrichtung des Kollektors von der Stirnseite her eingeschoben, wobei die Verankerungsfortsätze auf Lücke mit den Innenstegen 3 stehen. Durch Verdrehen des Armierungs­ rings 1 in Umfangsrichtung um eine halbe Teilung 9 gelangen die Fortsätze 8 dann in Eingriff mit den Schwalbenschwanzausneh­mungen 4 und schaffen die gewünschte Verankerung.
  • In Fig. 3 ist der Armierungsring 1 mit seinen Verankerungsfort­sätzen 8 veranschaulicht, wie er auf einem für das Einsetzen geeigneten Montagewerkzeug 10, hier einem Achtkant-Schlüssel, angeordnet ist. Zur Anpassung an den Schlüssel besitzt der Armierungsring 1 als Innenfläche 11 ein Poligonprofil (Acht­kantprofil). Es versteht sich allerdings, daß anstelle eines solchen Mehrkantschlüssels sehr viele andere Schlüssel bekannter Art eingesetzt werden können.
  • In der Darstellung gemäß Fig. 4 ist ein einzelner Armierungsring dargestellt. Üblicherweise finden sich an Kupferlamellen dieser Art mehrere Schwalbenschwanz-Ausnehmungen, so daß mehrere, etwa zwei oder drei solcher Armierungsringe 1 in Achsrichtung hintereinander einzusetzen sind. Die Lamellen werden dann über die Länge mehrfach, meistens zwei- oder dreifach abgestützt. Durch nachfolgendes Vergießen oder Verpressen mit einem duropla­stischen Kunststoffmaterial werden die Armierungsringe und die Kupferlamellen zu einer einstückigen Einheit geformt, in der nicht nur ausgeschlossen ist, daß sich die Fortsätze des Armierungsrings aus den Lamellen zurückbewegen, sondern in der auch noch beim Einsetzen verbliebene Zwischenräume verfüllt werden, um auch dort eine gleichförmige Übertragung der Bela­stungen von außen nach innen sicherzustellen.
  • In Fig. 5 ist eine Lamelle 11 mit einem Innensteg 12 darge­stellt, der (zumindest) eine vorwiegend kreisförmige Ausdehnung 13 enthält. Ein hierzu passender Armierungsring 14 ist in Fig. 6 und 7 (Fig. 6 ist ein Schnitt nach Linie VI-VI in Fig. 7) mit Fortsätzen 15 ausgestattet, die sich von den Fortsätzen 8 des Armierungsrings 1 darin unterscheiden, daß sie in Anpas­sung an die Ausnehmung 13 eine Kreisbogenkontur aufweisen. Auch dieser Armierungsring ist so gestaltet, daß er mit ausrei­chendem Spiel axial in den Innenraum eingeschoben werden kann, um dann durch Verdrehen um weniger als eine Teilung mit den Innenstegen in Eingriff zu kommen.
  • In Fig. 8 ist die Wandung einer Kollektorlamelle 16 mit einem Innensteg 17 dargestellt. Die Lamelle kann eine Rohrkollektor­lamelle sein, aber auch aus einem Fließpreßstrang oder einem Band gewonnen sein. Die - Kollektorlamelle hat einen innensei­tigen Längssteg 18. Durch ein mechanisches Stanzwerkzeug werden diese Stege vom Ende her zum Inneren angeschnitten und nach innen hin abgebogen, so daß sich Dornfortsätze 19 für eine Verankerung ergeben. Erst nach dem Verpressen wird der in Um­fangsrichtung umlaufende Kupferkörper in einzelne Lamellen aufgeschnitten.
  • Um die Dornfortsätze 19 form- und kraftschlüssig zu erfassen und zu halten, wird ein in Fig. 9 und 10 dargestellter Armie­rungsring 20 aus einem innenliegenden, durchlaufenden Tragring 21 und außen daran ansetzenden Verankerungsfortsätzen 22 in Form von Klauen mit in Achsrichtung weisenden Verankerungshöhlen 23 ausgebildet. Ein solcher Armierungsring wird in Achsrichtung über die Dornfortsätze 19 gestülpt und kommt aufgrund der bei­derseitigen Schrägflächen zu einer spielfreien Anlage. Wird diese Anlage durch nachfolgendes Vergießen oder Verpressen gesichert, dann vermag der Armierungsring die Lamellen 16 in einer besonders robusten Weise gegen axiale, radiale und tangen­tiale Kräfte zu stützen.
  • In Fig. 11 ist wieder eine Kollektorlamelle entsprechend Fig. 8 dargestellt und auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Zu dieser Lamellenart ist gemäß Fig. 12 und Fig. 13 (Fig. 12 stellt einen Schnitt nach Linie XII-XII in Fig. 13 dar) ein anderer Armierungsring vorgesehen. Dort werden Verankerungsfort­sätze 24 als Paare von Klauen 25,26 an einem innenliegenden Tragring 27 ausgebildet. Diese tragen an den einander zugewand­ten Seitenflächen Verankerungshöhlungen 28, die der Kontur der Dornfortsätze 19 angepaßt sind. Bei der Montage ist es möglich, diese Klauen unter Ausnutzung einer gewissen elasti­schen Nachgiebigkeit der Klauenpaare 25,26 auf die Fortsätze 19 festzurasten, so daß sich schon dann ein relativ zuverlässi­ger, spielfreier Sitz ergibt. Nach einem Verpressen bzw. Ver­gießen des Kollektors ist die Zuordnung der Lamellen endgültig fixiert.
  • In Fig. 14 ist nochmals eine Kollektorlamelle dargestellt, die unbeschadet geringfügiger Abweichungen grundsätzlich mit der Lamelle nach Fig. 8 und 11 übereinstimmt und dementsprechend auch mit übereinstimmenden Bezugszeichen gekennzeichnet ist. Hier weist der Dornfortsatz 19 nach unten, womit deutlich wird, daß es hier um die Armierung des Kollektors an der gegenüberlie­genden Seite geht. Ein Armierungsring 29 mit Klauen 30 und Verankerungshöhlungen 31 ist insoweit übereinstimmend mit dem Verankerungsring 20 nach Fig. 9 und 10 ausgebildet. Zusätzlich trägt er in Axialrichtung vorspringende Distanzierungsfortsätze 32 in Form zylindrisch an einem inneren Tragring 33 ansetzender Zylinderstifte. Mit diesen Stiften wird der Armierungsring 29 vom Boden der jeweiligen Montage-und Vergußform nach oben abgesetzt, so daß es zu einer Anlage der Dornfortsätze 19 in der Verankerungshöhlung 31 kommt und eine form- und kraftschlüs­sige Verbindung erzielt wird. Es versteht sich dabei, daß die zylindrische Form durch andere passende Gestaltungen ersetzt werden kann.
  • In Fig. 17 ist ein Teil eines Kollektors 34 mit einzelnen Lamel­len 35 dargestellt, die unterseitig profilierte Innenstege 36 mit einem verdickten Kopfteil 37 tragen. Ein Armierungsring 38 ist formschlüssig an das axiale Profil der Kupferlamellen angepaßt, indem er die Innenstege 36 mit ihrem Kopfteil 37 form- und kraftschlüssig aufnimmt. Damit der Armierungsring 38 die ihm zugedachten Armierungsfunktionen wahrnehmen kann, weist er innenseitig einen durchgehenden Ringbereich 39 auf, von dem Fortsätze 40 nach außen gerichtet sind, die die Innenla­mellen bündig hintergreifen und von Lamelle zu Lamelle eine Brücke zur Justierung und zur Druckübertragung bilden.
  • In Fig. 19 und 20 ist ein Teil eines Kollektors 41 mit einzelnen Lamellen 42 dargestellt, die unterseitig profilierte Innenstege 43 mit einem verdickten Kopfteil 44 aufweisen. Von den Enden her sind die Innenstege 43 hinterschnitten, so daß lediglich der Kopfteil fortsatzartig in Achsrichtung vorspringt. Ein Armierungsring 45 weist einen inneren durchgehenden Ringbereich 46 auf, der über einen äußeren Ringbereich 47 über Radialstege, 48 in Verbindung steht, so daß lediglich Öffnungen frei belassen werden, durch die der freigeschnittene Kopfteil 44 der Lamellen 42 hindurchgreift. Damit erhalten die Lamellen eine Festlegung in radialer und in tangentialer Richtung.
  • Um die Lamellen auch in axialer Richtung vollständig festzule­gen, können die Kopfteile 44 an über den Armierungsring hinaus­ragenden Enden 49 abgebogen werden, was beispielsweise in einem Arbeitsgang mit einem vom Ende her in den montierten Kollektor eingreifendes Stemmwerkzeug möglich ist.
  • Diese Festlegung ist besonders für die Stirnseite des Kollektors von Interesse, die beim Verpressen unten liegt, da sonst der Armierungsring durch den Eintritt von Preßmasse nach unten verschoben werden könnte. An dem gegenüberliegenden oberen Stirnende ist eine solche zusätzlich Fixierung meistens entbehr­lich, da der Armierungsring 45 unter dem Druck von eingespritz­ter Kunststoffmasse in seinen mit den Lamellen 42 verhakten Sitz hineingedrückt wird.
  • Die Armierungsringe haben eine hohe mechanische Belastung aufzu­nehmen, so daß sie vom Material her eine gute Festigkeit auf­weisen müssen. Zum anderen dürften sie keine elektrisch leiten­den Verbindungen zwischen den Lamellen schaffen, insoweit müssen sie zumindest bereichsweise aus Isolierstoff bestehen. Für solche Produkte kommen in erster Linie Kunststoffmaterialien in Betracht, insbesondere glasfaserumwickelte oder harzisolierte Ringe, auch Ringe mit einem hohen Glasfaseranteil. Es versteht sich, daß andere hochfeste Fasern gleichfalls eingesetzt werden können. Es besteht auch die Möglichkeit, wirbel-sinterisolierter Ringe einzusetzen.
  • Die beschriebenen Armierungsringe lassen sich maschinell und damit preiswert vorfertigen und überaus einfach und schnell mit den Kollektorlamellen verankern. Damit ist die Möglichkeit gegeben, Kollektoren hoher Festigkeit derart unaufwendig herzu­stellen, daß diese Armierungsringe sogar auch für mittlere Belastungen wirtschaftlich vorgesehen werden können. Damit ist mit dem Vorteil der Großserienfertigung ein Universal-Kol­lektor, der also nicht von vornherein nach Belastungsgrenzen unterschiedlich vorgegeben werden muß, geschaffen.
  • In den Fig. 21 bis 26 sind Armierungen dargestellt, die nicht nur über einen außenliegenden Armierungsring für eine feste Zuordnung der Kollektorlamellen zueinander sorgen, sondern auch gleichzeitig in präziser konzentrischer Anordnung eine innenliegende Buchse bereitstellen, mit der der Kollektor zen­trisch und mit einem exakten Preßmaß auf eine Motorwelle aufzu­bringen ist.
  • In Fig. 21 und 22 ist eine insgesamt mit 50 bezeichnete Armie­rung dargestellt, die außenseitig einen Armierungsring 51 mit Verankerungsansätzen 52 umfaßt. Der Armierungsring 51 ist über Speichen 53 mit einer Buchse 54 verbunden, die sich axial auf beiden Seiten der durch die Speichen 53 gebildeten Radialebene erstreckt. Über den Armierungsring 51 lassen sich Kollektorla­mellen in einem mittleren axialen Bereich haltern, so daß sie eine präzise Lage erhalten. Wird der Ringbereich zwischen den Kollektorlamellen und der Buchse 54 mit Isolierstoff verpreßt, erhält man einen Kollektor mit einem zentralen zylindrischen Hohlraum, der durch eine zylindrische Innenfläche 55 der Buchse 54 umgrenzt ist. Das Radialmaß dieses Hohlraums läßt sich im Wege einer Serienfertigung mit spritzfähigem Kunststoff präzise vorgeben, wobei auch vom Material her eine Abstimmung auf den gewünschten festen aber rißfreien Sitz möglich ist. Eine Nach­bearbeitung eines vergossenen Kollektors durch spanabhebende Bearbeitungsvorgänge wird dadurch entbehrlich.
  • Eine Armierung 56 gemäß den Fig. 23 und 24 unterscheidet sich von der vorbetrachteten Armierung im wesentlichen dadurch, daß zwei in axialem Abstand voneinanderliegende Armierungsringe 57,58 zur besseren Abstützung der Kollektorlamellen von einer Buchse 59 gehalten werden, wobei diese Buchse geteilt ausgebil­det ist und wobei jeder Buchsenteil 60,61 einen der Armierungs­ringe 57,58 über Speichen 62,63 trägt. Im Sinne einer guten koaxialen Ausrichtung sind die beiden Buchsenteile 60,61 nach Art einer Muffe 64 ineinanderzustecken.
  • Bei einer weiteren Armierung 65 gemäß den Fig. 25 und 26, die eine innenliegende Buchse 66 und zwei Armierungsringe 67 und 68 umfaßt, ist gleichfalls eine Unterteilung, insbesondere zur Vereinfachung der Formwerkzeuge und Entformungsvorgänge vorgesehen, wobei jedoch die Buchse 66 ungeteilt bleibt, während die Armierungsringe einzeln aufzustecken sind. Hierzu sind die Armierungsringe über Speichen 69,70 mit Innenringen 71,72 verbunden, die in enger Passung axial auf die Buchse 66 so weit aufgeschoben werden, bis sie gegen eine von zwei Ringschul­tern 73,74 auf der Buchse anliegen. Nach dem Montieren der Kollektorlamellen wird der Kollektor in der gleichen Richtung durch Preßmasse bzw. Vergußmasse verfüllt, in der auch die Armierungsringe 67,68 aufgesteckt wurden, so daß die Innenringe 71,72 dabei eine feste Anlage gegen die Ringschultern 73,74 erhalten.
  • Für das Material der Buchsen wird wieder ein isolierendes Mate­rial vorgesehen, welches beim Aufpressen eines Kollektors auf eine Motorwelle letztere als Isolierstoffhülse umschließt und damit den Sicherheitsanforderungen an eine Doppelisolierung entspricht. Vorzugsweise wird als Material ein Thermoplast vorgesehen, der sich in seinen elastischen Eigenschaften und insbesondere auch in seinen Schrumpfeigenschaften sehr gut beherrschen läßt. Eine Verstärkung durch Fasern wie Glas-, Mineral- oder Kohlefasern führt zu erheblich erhöhten Festig­keitswerten, wobei kurzfaserige Verstärkungen besonders für den Spritzvorgang geeignet sind und richtungsunabhängige Festig­keitserhöhungen liefern.

Claims (17)

1. Kollektor für einen Elektromotor mit fächerför­mig am Umfang verteilten Kupferlamellen, die mit Hinterschneidungen aufweisenden Innenstegen in einem isolierenden Träger verankert sind, wobei der Träger zumindest einen Armierungsring aus hochfestem isolie­renden Material einbettet, dadurch gekennzeichnet, daß der Armierungsring (1,14,20,29,38) von einem inneren Tragring (6,21,27,33,39) nach außen vorsprin­gende, die Innenstege (4,12,17,36) an den Hinter­schneidungsflächen kraft- und formschlüssig fassende Verankerungsfortsätze (8,15,22,24,30,40) aufweist und daß die Buchse (54,59,66) aus Isoliermaterial innenseitig einen Passungssitz zu einer Motorwelle bildet.
2. Armierung aus isolierendem Material für einen Elektromotor-Kollektor mit Innenstegen, die zur Verankerung der einzelnen Lamellen dienen, zumindest vorwiegend parallel zur KollektorAchse verlaufend nach innen vorspringen und mit Hinterschneidungsflä­chen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Armierungsring (1,14,20,29,38) von einem inneren Tragring (6,21,37,33,39) nach außen vorspringende, die Innenstege (4,12,17,36) an den Hinterschneidungs­flächen fassende Verankerungsfortsätze (8,15,22,24, 30,40) aufweist und daß die Buchse (54,59,66) aus Isoliermaterial innenseitig einen Passungssitz zu einer Motorwelle bildet.
3. Armierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Verankerungsfortsätze (40) in Achsrich­tung gesehen ein Verzahnungsprofil mit zur Achse rückgerichteten und zum Erfassen von achsparallelen Hinterschneidungsflächen die den Innenstegen dienen­den Schultern aufweisen.
4. Armierung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­net, daß die Verankerungsfortsätze (40) jeweils eine Brücke zwischen zwei benachbarten Innenstegen (36) bilden.
5. Armierung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verankerungsfortsätze (40) in einem in Achsrichtung betrachteten Profil ein Negativ-Profil der Innenstege (36) bilden.
6. Armierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Verankerungsfortsätze (8,15) in Umfangs­richtung gesehen ein Verzahnungsprofil aufweisen.
7. Armierung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­net, daß die Verankerungsfortsätze (8,15) in Achs­richtung gesehen ein zwischen die Innenstege (4,12) axial einschiebbares Profil aufweisen.
8. Armierung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­net, daß die Verankerungsfortsätze (8,15) prisma­tische, parallel zur Achse verlaufende Stege bilden.
9. Armierung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er innenseitig eine Schlüsselprofilierung (Achtkantfläche 11) aufweist.
10. Armierung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­net, daß die Schlüsselprofilierung in einem Polygon-­Innenquerschnitt (11) besteht.
11. Armierung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­net, daß die Verankerungsfortsätze Klauen (22,24,30) für ein mehrseitiges Umgreifen der Innenlamellen (17) bilden.
12. Armierung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Klauen (22,24,30) mit einer in Achsrichtung weisenden Verankerungshöhlung (23,28,31) versehen sind.
13. Armierung nach Anspruch 11 oder 12, gekenn­zeichnet durch in Achsrichtung weisende Distanzie­rungsfortsätze (32).
14. Armierung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Fortsätze in Form zylindrischer Stifte (32) ausgebildet sind.
15. Armierung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen als Klau­enpaar (25,26) mit beidseitigen, einander zugewandten Verankerungshöhlungen (28) ausgebildet sind.
16. Armierung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (54,59,66) aus Isoliermaterial innenseitig einen Passungssitz zu einer Motorwelle bildet.
17. Armierung nach Anspruch 16, dadurch gekenn­zeichnet, daß die Buchse (54,59,66) aus einem thermo­plastischen Material besteht.
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